Kometa 3I/Atlas, která právě míjí Slunce, fascinuje astronomy po celém světě. Její neobvyklé složení a možná kryovulkanická aktivita naznačují, že tělesa z jiných hvězdných soustav mohou sdílet rysy s těmi, která známe ze Sluneční soustavy – a možná nám přinášejí stopy o vzniku života v galaxii.
Kometa 3I/Atlas, kterou od největšího přiblížení k Zemi dělí jen několik dní, se stala jedním z nejzáhadnějších protagonistů poslední doby na nebeské klenbě. Její letmá a pravděpodobně jedinečná návštěva zmobilizovala astronomy z několika zemí, kteří si uvědomují, že každé pozorování nabízí výjimečnou příležitost. Mezihvězdná tělesa jsou mimořádně vzácná: dosud byly podrobně prozkoumány pouze Oumuamua (2017) a 2I/Borisov (2019) a oba změnily náš pohled na to, jak mohou vypadat malá tělesa putující mezi hvězdami.
V případě komety 3I/Atlas se vědci opět setkávají s poutníkem z neznámého hvězdného systému, jehož složení a původ vyvolávají otázky, které zpochybňují dosavadní představy o vzniku komet. V praxi funguje každý nový mezihvězdný objekt jako „přírodní sonda“ vyslaná z jiné planetární soustavy, která s sebou přináší stopy o materiálech a procesech, jež probíhaly v okolí jiných hvězd před miliardami let.
Podivné chování 3I/Atlas
Nová hypotéza, kterou formuloval mezinárodní tým, jehož členem je i astrofyzik Josep M. Trigo-Rodríguez (Instituto de Ciencias del Espacio, CSIC-IEEC), předpokládá, že 3I/Atlas by mohla být pokryta kryovulkány, strukturami schopnými při zahřívání povrchu vyvrhovat proudy ledu, páry a částic. Článek, který je k dispozici jako vědecká publikace, ještě neprošel odborným recenzním řízením, ale pozorování z několika observatoří – včetně dalekohledu Joana Oróa v Montseny a velkých profesionálních zařízení – poukazují na neobvyklou aktivitu v době, kdy se kometa 29. října přiblížila ke Slunci v perihelu.
Související článek
Zjednodušeně řečeno, kryovulkán je „studená sopka“: místo aby chrlila roztavenou horninu, uvolňuje do vesmíru směsi vody, oxidu uhličitého, oxidu uhelnatého, čpavku nebo jiného těkavého ledu, doprovázené prachem a drobnými minerálními zrnky. Tyto procesy jsou spuštěny, když se vnitřek tělesa zahřeje natolik, že se některé ledy změní přímo z pevného skupenství na plynné (sublimace) a najdou si únikové cesty na povrch.
Kryovulkány nejsou teoretickým jevem: byly zdokumentovány na ledových světech v naší soustavě, jako je Saturnův satelit Enceladus nebo Neptunův měsíc Triton, kde zahřívání způsobuje exploze zmrzlého materiálu. Například na Enceladu pozorovala sonda Cassini obří proudy vody a ledových částic unikající ze zlomů na jižním pólu a napájející jeden ze Saturnových prstenců. Na Tritonu zaznamenala sonda Voyager 2 v roce 1989 tmavé dýmy stoupající kilometry nad povrch, které byly pravděpodobně způsobeny zahříváním pevného dusíku a jeho přeměnou na plyn.
Myšlenka, že by podobnými procesy mohlo procházet i mezihvězdné těleso, je obzvláště důležitá, protože by naznačovala, že chemismus některých komet vzniklých v okolí jiných hvězd není tak odlišný od chemismu transneptunických objektů obíhajících kolem našeho Slunce. Jinými slovy, ledová tělesa s vnitřní strukturou, ledovými vrstvami a organickými materiály podobnými těm, které známe z Kuiperova pásu nebo Oortova oblaku, by mohla vznikat v chladných, vzdálených oblastech jiných planetárních soustav.
Podle výzkumného týmu by aktivace těchto výtrysků mohla souviset s určitou směsí ledu a kovových materiálů přítomných na povrchu a v podpovrchové části komety. Kovy v podobě drobných zrnek by mohly účinně pohlcovat sluneční záření, lokálně zahřívat okolní led a spouštět malé „exploze“ plynu a částic. Pokud by se to potvrdilo, byla by kometa 3I/Atlas navzdory svému vzdálenému původu „známým“ typem objektu: ledovou kometou bohatou na organické sloučeniny a jemné kovy, která reaguje na sluneční teplo podobně jako některá tělesa ve vnější sluneční soustavě.
Návštěvník, který se nevrátí
Od jejího červencového objevu astronomové diskutují o původu 3I/Atlas. Objekt byl identifikován systémem ATLAS (Asteroid Terrestrial-impact Last Alert System), což je síť automatických dalekohledů určených k detekci potenciálně nebezpečných těles pro Zemi, která je však velmi účinná i při hledání slabých a vzdálených komet.
Ačkoli není jisté, z jaké soustavy objekt pochází, z jeho trajektorie je zřejmé, že nepatří do Sluneční soustavy: pohybuje se příliš rychle a po hyperbolické dráze. V astronomii hyperbolická dráha znamená, že objekt není gravitačně vázán na Slunce; jeho rychlost je tak vysoká, že se po jednom průletu v blízkosti naší hvězdy vrátí do mezihvězdného prostoru a už se nevrátí. Toto chování kontrastuje s chováním dlouhoperiodických komet, které se pohybují po velmi protáhlých eliptických drahách a jedno oběhnutí jim může trvat i miliony let, ale přesto jsou „obyvateli“ Sluneční soustavy.
Výpočty orbitální dynamiky naznačují, že 3I/Atlas pochází ze vzdálené oblasti galaxie, pravděpodobně vyvržené před miliardami let z periferie formující se planetární soustavy. Procesy, jako je gravitační interakce s plynnými obry nebo blízký průlet jiných hvězd, mohou komety a planetky vymrštit do mezihvězdného prostoru. Oumuamua a 2I/Borisov jsou jasnými příklady takových vyvržení a 3I/Atlas se nyní připojuje ke krátkému seznamu „kosmických exulantů“.
Proto se spěchá se studiem jakýchkoli známek aktivity. Jak se komety zahřívají, sluneční záření sublimuje led na jejich povrchu a uvolňuje plyny, které lze analyzovat spektroskopicky. Tato technika, která rozkládá světlo na různé vlnové délky, umožňuje určit, které molekuly jsou přítomny v komě (plynném obalu obklopujícím jádro) a v ohonu komety. V případě komety 3I/Atlas zjištěné složení zcela neodpovídá složení jiných známých komet, což bylo podnětem k vytvoření nové hypotézy.
Uhlíkovitý a kovový objekt: Stopy k jeho historii
Studie naznačuje, že 3I/Atlas by mohl být primitivním uhlíkatým objektem obohaceným o jemná kovová zrna, který v určitém okamžiku své historie prošel výraznou vodní alterací. Laicky řečeno to znamená, že kometa by se skládala z velmi tmavé směsi ledu, složitých (na uhlík bohatých) organických sloučenin a drobných částic kovů, jako je železo nebo nikl, a že část tohoto materiálu byla v minulosti v kontaktu s kapalnou vodou nebo ledem při relativně vysokých teplotách.
Tento typ složení připomíná některé uhlíkaté meteority dopadající na Zemi, v nichž byly nalezeny minerály vzniklé za přítomnosti vody a různých organických molekul. U těchto meteoritů se na přítomnost kapalné vody v minulosti usuzuje podle existence hydratovaných minerálů (např. některých jílů) a podle chemických změn původních silikátů. Pokud má 3I/Atlas stejnou historii, mohl v sobě ukrývat oblasti, kde led částečně roztál, možná vlivem tepla uvolněného při jeho vzniku nebo rozpadem krátce žijících radioaktivních prvků.
Tato kombinace by umožnila, aby se kryovulkány během zahřívání relativně snadno aktivovaly, což by vedlo ke zvláštní morfologii komy. Namísto jednolitého obalu jsou na snímcích patrné asymetrické struktury, směrované výtrysky a rychlé změny jasnosti, což naznačuje, že plyn a prach se neuvolňují homogenně, ale ze specifických oblastí povrchu. Něco podobného bylo pozorováno na kometě 67P/Churyumov-Gerasimenko, kterou navštívila mise ESA Rosetta, kde byly aktivní oblasti identifikovány jako „gejzíry“ prachu a plynu.
Exotická chemie: reakce Fischerova-Tropschova typu na mezihvězdné kometě
Vědci dokonce upozorňují na možnost, že procesy podobné Fischer-Tropschovým reakcím, při nichž kov katalyzuje vznik organických sloučenin, produkují látky, které jsou pro běžné komety neobvyklé. Fischerovy-Tropschovy reakce jsou v pozemském chemickém průmyslu dobře známé: používají se k přeměně směsí oxidu uhelnatého (CO) a vodíku(H2) na kapalné uhlovodíky za použití kovových katalyzátorů, jako je železo, kobalt nebo nikl.
V prostředí, jako je vnitřek komety, by k něčemu podobnému mohlo dojít při relativně nízkých teplotách, pokud jsou k dispozici jemně rozdělené kovy, plyny bohaté na uhlík a vodík a dostatek času. Různé astrofyzikální modely navrhují, že tento typ katalytické chemie mohl hrát důležitou roli v protoplanetárních discích – oblacích plynu a prachu, které obklopují mladé hvězdy – a napomáhat vzniku složitých organických molekul ještě před vznikem planet.
Pokud je 3I/Atlas bohatý na kovová zrna a zažil epizody mírného zahřívání, není bezdůvodné se domnívat, že některé z jeho organických sloučenin vznikly nebo byly modifikovány takovými procesy. To by mohlo vysvětlit přítomnost molekul nebo poměrů prvků, které příliš neodpovídají typickým vzorcům komet ve Sluneční soustavě. Pokud by se to potvrdilo, stala by se kometa přirozenou laboratoří pro studium toho, jak se organické molekuly syntetizují v chladném prostředí, daleko od povrchu planet.
Kryovulkanismus mimo Sluneční soustavu: most mezi světy
Hypotéza kryovulkánu 3I/Atlas zapadá do širšího obrazu, který se objevuje v posledních desetiletích: ledové světy jsou mnohem aktivnější, než se dříve předpokládalo. Mise jako Cassini (Saturn), New Horizons (Pluto a Kuiperův pás) nebo Juno (Jupiter) ukázaly, že měsíce a trpasličí planety, vzdálené od přímého slunečního žáru, mohou ukrývat vnitřní oceány, ledové gejzíry a dočasné atmosféry.
Například na Plutu byly identifikovány struktury, které by mohly být obřími kryovulkány schopnými vyvrhovat směsi dusíku, metanu a vodního ledu. Na Ceresu, největším tělese v pásu asteroidů, objevila mise Dawn dómy a čerstvé solné usazeniny, které ukazují na relativně nedávnou kryovulkanickou činnost. Tato zjištění si vynutila přehodnocení představy, že geologicky zajímavé jsou pouze kamenné planety v blízkosti Slunce.
Pokud mezihvězdná kometa jako 3I/Atlas vykazuje známky kryovulkanismu, má to hluboký význam: procesy, které udržují ledové světy aktivní, by mohly být běžné v celé galaxii. Přítomnost dočasné kapalné vody, vnitřního tepla a složité organické chemie by v našem okolí nebyla raritou, ale přirozeným důsledkem toho, jak se malá ledová tělesa formují a vyvíjejí kolem mnoha hvězd.
Poučení z Oumuamua a 2I/Borisov: každý návštěvník je jiný
3I/Atlas nepřilétá na panenské území. První dva známé mezihvězdné objekty, Oumuamua a 2I/Borisov, již ukázaly, že rozmanitost těchto návštěvníků může být obrovská. Oumuamua, objevený v roce 2017, překvapil svým extrémně protáhlým tvarem (nebo přinejmenším neobvyklým poměrem os) a zvláštním dynamickým chováním: zaznamenal mírné negravitační zrychlení, aniž by vykazoval zjevnou komu, což vedlo k navrhovaným vysvětlením od zplodin vodíku až po hypotézu úlomku „exotického ledu“, například pevného dusíku.
Naproti tomu 2I/Borisov se choval mnohem více jako „klasická“ kometa. Měl dobře definovanou komu, výrazný ohon a složení bohaté na vodu, oxid uhelnatý a další těkavé látky, velmi podobné složení komet v Oortově oblaku. Podrobné studie ukázaly, že její chemismus se nijak radikálně nelišil od chemismu komet ve Sluneční soustavě, což naznačuje, že procesy vzniku komet mohou být zcela univerzální.
3I/Atlas je prozatím někde mezi: vykazuje zřetelnou kometární aktivitu, ale s rysy, které zcela neodpovídají známým zákonitostem. Možná přítomnost kryovulkánů, hojnost kovových zrn a stopy vodní alterace z ní činí jedinečný případ. Porovnání jejích vlastností s vlastnostmi Oumuamua a 2I/Borisova pomůže vytvořit první „katalog“ typů mezihvězdných objektů, což bylo ještě před deseti lety nemyslitelné.
Závod s časem: pozorování, modely a budoucnost
Ačkoli je návrh pozoruhodný, sami autoři upozorňují, že je zatím jen předběžný. Bude nutné porovnat jejich výsledky s pozorováními z dalších teleskopů a s termodynamickými modely, které vysvětlují aktivitu komety. Tyto modely se snaží simulovat, jak se uvnitř jádra rozděluje teplo, jak sublimují různé ledy a jak se otevírají či uzavírají trhliny, jimiž unikají plyny.
Další obtíž spočívá v tom, že současnými dalekohledy nemůžeme jádro 3I/Atlas přímo rozlišit: to, co vidíme, je difúzní koma, která ho obklopuje. Z tvaru této komy, intenzity a směru výtrysků a změn jasnosti v průběhu času musí vědci nepřímo rekonstruovat strukturu a složení jádra, podobně jako lze odvodit tvar objektu pouhým pohledem na jeho stín.
Zatímco 3I/Atlas pokračuje ve své odletové cestě 19. prosince, kdy navždy zmizí, vědecká komunita pracuje proti času. Každé spektrum, snímek nebo měření nám může pomoci lépe porozumět nejen kometě, ale také rozmanitosti materiálů, které formovaly první generace planet v galaxii. Souběžně probíhají projekty, jako je například Vera C. Rubin Observatory (dříve LSST), která zahájí provoz koncem tohoto desetiletí, slibují znásobení počtu detekovaných mezihvězdných objektů, což umožní ověřit hypotézy, jako je kryovulkán 3I/Atlas, na mnohem větším vzorku.
Nakonec nám tito letmí návštěvníci připomínají, že Sluneční soustava není izolovaná. Je součástí galaktického ekosystému, v němž malá ledová a kamenná tělesa putují z jedné soustavy do druhé a přenášejí vodu, kovy a organické molekuly. Pochopení toho, jak se chová mezihvězdná kometa, jako je 3I/Atlas, je ve své podstatě způsobem, jak nahlédnout do procesů, které mohly osadit mnoho jiných světů, možná ne tak odlišných od toho našeho, základními složkami pro život.